7.4. Основные элементы котельного агрегата
7.4.1. Испарительные поверхности котла
Ранее отмечалось, что основными элементами котла являются: испарительные поверхности нагрева (экранные трубы и котельный пучок); пароперегреватель с регулятором перегрева пара; водяной экономайзер, воздухоподогреватель и тягодутьевые устройства.
Парогенерирующие (испарительные) поверхности нагрева отличаются друг от друга в котлах различных систем, но, как правило, располагаются в основном в топочной камере и воспринимают теплоту излучением - радиацией. Это экранные трубы, а также устанавливаемый на выходе из топки небольших котлов конвективный (котельный) пучок (рис. 7.15).
Рис. 7.15. Схема расположения испарительных
поверхностей барабанного котельного агрегата:
1 - контур обмуровки топки; 2, 3, 4 - панели бокового экрана; 5 - фронтовой
экран; 6 - коллекторы экранов и конвективного пучка; 7 - барабан;
8 - фестон; 9 - конвективный пучок; 10 - задний экран
Экраны котлов с естественной циркуляцией, работающих под разрежением в топке, выполняются из гладких труб (гладкотрубные экраны) с внутренним диаметром 40 - 60 мм. Экраны представляют собой ряд параллельно включенных вертикальных подъемных труб, соединенных между собой коллекторами (см. рис. 7.15). Зазор между трубами обычно составляет 4 - 6 мм. Некоторые экранные трубы введены непосредственно в барабан и не имеют верхних коллекторов. Каждая панель экранов вместе с опускными трубами, вынесенными за пределы обмуровки топки, образует независимый контур циркуляции.
Трубы заднего экрана в месте выхода продуктов сгорания из топки разводятся в 2 - 3 ряда. Такая разрядка труб называется фестонированием. Она позволяет увеличить сечение для прохода газов, снизить их скорость и предотвращает забивание зазоров между трубами затвердевшими при охлаждении расплавленными частицами золы, выносимыми газами из топки.
В парогенераторах большой мощности, кроме настенных, устанавливаются дополнительные экраны, делящие топку на отдельные отсеки (рис. 7.16). Эти экраны освещаются факелами с двух сторон и называются двухсветными. Они воспринимают вдвое больше теплоты, чем настенные. Двухсветные экраны, увеличивая общее тепловосприятие в топке, позволяют уменьшить ее размеры.
Рис. 7.16. Размещение экранов в поперечном сечении топки:
1 — фронтовой экран; 2 — боковые экраны; 3 — задний экран;
4 — двухсветный экран; 5 — горелки; 6 — контур обмуровки топки
7.4.2. Пароперегреватели
Пароперегреватель предназначен для повышения температуры пара, поступающего из испарительной системы котла. Он является одним из наиболее ответственных элементов котельного агрегата. С повышением параметров пара тепловосприятие пароперегревателей возрастает до 60% всего тепловосприятия котлоагрегата. Стремление получить высокий перегрев пара вынуждает располагать часть пароперегревателя в зоне высоких температур продуктов сгорания, что, естественно, снижает прочность металла труб. В зависимости от определяющего способа передачи теплоты от газов пароперегреватели или отдельные их ступени разделяются на конвективные, радиационные и полурадиационные (рис. 7.17).
Рис. 7.17. Схема радиационного и конвективного пароперегревателя:
1 - барабан; 2 - настенный радиационный перегреватель;
3 - ширмовый полурадиационный перегреватель; 4 - потолочный
радиационный перегреватель; 5 - конвективный перегреватель;
6 - отвод перегретого пара; 7 - регуляторы перегрева пара
Пароперегреватели выполняются обычно из труб диаметром 22 - 54 мм. При высоких параметрах пара их размещают в топочной камере, и большую часть тепла они получают излучением от факела. Это радиационный пароперегреватель.
Конвективные пароперегреватели располагаются в горизонтальном газоходе или в начале конвективной шахты в виде плотных пакетов, образованных змеевиками с шагом по ширине газохода, равным 2,5 – 3 диаметрам трубы.
Конвективные пароперегреватели в зависимости от направления движения пара в змеевиках и потока дымовых газов могут быть противоточными, прямоточными и со смешанным направлением потоков (рис. 7.18).
Рис. 7.18. Схема взаимного движения пара и газов в пароперегревателе:
а - прямоточного; б - противоточного; в - смешанного
Температура перегретого пара должна поддерживаться постоянной всегда, независимо от режима работы и нагрузки котлоагрегата, поскольку при ее понижении повышается влажность пара в последних ступенях турбины, а при повышении температуры сверх расчетной появляется опасность чрезмерных термических деформаций и снижения прочности отдельных элементов турбины. Поддерживают температуру пара на постоянном уровне с помощью регулирующих устройств — пароохладителей. Наиболее широко распространены пароохладители впрыскивающего типа, в которых регулирование производится путем впрыскивания обессоленной воды (конденсата) в поток пара. Вода при испарении отнимает часть тепла у пара и снижает его температуру (рис. 7.19, а).
Обычно впрыскивающий пароохладитель устанавливают между отдельными частями пароперегревателя. Вода впрыскивается через ряд отверстий по окружности сопла и разбрызгивается внутри рубашки, состоящей из диффузора и цилиндрической части, защищающей корпус, имеющий более высокую температуру, от попадания из него брызг воды во избежание образования трещин в металле корпуса из-за резкого изменения температуры.
Рис. 7.19. Схемы впрыскивающего и поверхностного пароохладителя:
а - впрыскивающий: 1 - корпус пароохладителя;
2 - отверстия для распыления воды в паре; 3 - диффузор;
4 - цилиндрическая часть рубашки; 5 - лючок для измерительных приборов;
б - поверхностный с охлаждением пара питательной водой: 1 - головка
пароохладителя; 2 - трубная доска; 3 - рубашка, препятствующая
омыванию паром трубной доски; 4 - один из водяных змеевиков; 5 - коллектор;
6 и 7 - трубы, подводящие и отводящие пар из пароохладителя; 8 и 9 - трубы,
подводящие и отводящие питательную воду; 10 - дистанционные перегородки;
11 - продольная перегородка, улучшающая омывание паром змеевиков 4
В котлах средней паропроизводительности применяются поверхностные пароохладители (рис. 7.19, б), которые обычно размещают при входе пара в пароперегреватель или между его отдельными частями.
К коллектору пар подводится и отводится через штуцера. Внутри коллектора расположены змеевики, по которым течет питательная вода. Температура пара регулируется количеством воды, поступающей в пароохладитель.